JPH10230143A - スパイラル型膜エレメントを用いた処理システムおよび処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高負荷運転が可能でシステムコストを低減可
能な処理システムおよび処理方法を提供することであ
る。 【解決手段】 前処理システム１００にスパイラル型膜
エレメント１を用い、逆浸透膜分離システム１１０に複
合逆浸透膜を有する逆浸透膜スパイラル型膜エレメント
１０１を用いる。スパイラル型膜エレメント１は、集水
管の外周面に独立または連続した複数の封筒状膜を巻回
するとともに、封筒状膜の間に原水スペーサを挿入し、
外周面を外周部流路材で被覆することにより構成され
る。逆浸透膜スパイラル型膜エレメント１０１の複合逆
浸透膜は、ＮａＣｌ濃度５００ｐｐｍの水溶液を供給液
として操作圧力７．５ｋｇｆ／ｃｍ² で運転した場合に
２５℃で透過流束０．８ｍ³ ／ｍ² ・日以上およびＮａ
Ｃｌ除去率９９％以上となる性能を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、逆浸透膜スパイラ
ル型膜エレメントを用いた処理システムおよび処理方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】超純水等の製造に逆浸透膜（ＲＯ膜）分
離システムが用いられている。図９は逆浸透膜スパイラ
ル型膜エレメントを用いた従来の水処理システムの一例
を示す図である。図９の水処理システムは、凝集・沈殿
・濾過法と５〜１０μｍの保安フィルタ２２０を用いた
前処理システム２００および逆浸透膜スパイラル型膜エ
レメント２０１を用いた逆浸透膜分離システム２１０か
らなる。

【０００３】一般に河川水等の原水３００は、凝集・沈
殿・砂濾過法により処理された後、その処理水はポンプ
３０５により、配管３０１を通じて保安フィルタ２２０
に供給され、保安フィルタ２２０の透過水が前処理水３
０２として逆浸透膜スパイラル型膜エレメント２０１に
供給される。逆浸透膜スパイラル型膜エレメント２０１
は、前処理水３０２を処理水（透過水）３０３および濃
縮水３０４に分離する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の水処理システム
において、逆浸透膜スパイラル型膜エレメント２０１の
濃縮水量を減少させるかあるいは供給水量を増加させる
ことにより通常の２〜３倍の透過水量が得られるような
高負荷運転を行うことができれば、膜エレメントの本数
を減らしてシステムコストを低減することができる。

【０００５】しかしながら、図９の従来の水処理システ
ムで逆浸透膜スパイラル型膜エレメント２０１を高負荷
運転すると、スケールの発生等により時間の経過ととも
に透過流束が低下するという問題が生じる。そのため、
図９の水処理システムでは、逆浸透膜スパイラル型膜エ
レメント２０１の本数を減らして高負荷運転することに
より、システムコストを低減することは困難であった。

【０００６】本発明の目的は、高負荷運転が可能でシス
テムコストを低減可能な処理システムおよび処理方法を
提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段および発明の効果】第１の
発明に係る処理システムは、有孔中空管の外周面に独立
または連続した複数の封筒状膜を原液流路材を介して巻
回してなる第１の膜エレメントが前段に設けられ、有孔
中空管の外周面に１０ｋｇｆ／ｃｍ² よりも低い操作圧
力で運転可能な封筒状の複合逆浸透膜を原液流路材とと
もに巻回してなる第２の膜エレメントが後段に設けら
れ、第１の膜エレメントの外周部側および両端部側から
原液が供給され、有孔中空管の少なくとも一方の開口端
から透過液が導出され、導出された透過液が第２の膜エ
レメントに供給されるものである。

【０００８】本発明に係る処理システムにおいては、前
段の第１の膜エレメントの外周面および両端面が外装材
で被覆されずに開放状態にされているため、原液を膜エ
レメントの外周部側および両端部側から供給し、全量濾
過を行うことができる。これにより、第１の膜エレメン
トにより原液が前処理され、前処理された原液が第２の
膜エレメントに供給される。

【０００９】また、後段の第２の膜エレメントが１０ｋ
ｇｆ／ｃｍ² よりも低い操作圧力で運転可能な封筒状の
複合逆浸透膜を有するので、低い操作圧力で高い透過流
束が得られる。

【００１０】これらの結果、第２の膜エレメントを高負
荷運転した場合に長期間にわたって高い透過流束を維持
することが可能となる。したがって、第２の膜エレメン
トの本数を減らしてシステムコストを低減することがで
きる。

【００１１】また、原液が第１の膜エレメントの外周部
側および両端部側から供給されるので、汚染物質が膜エ
レメントの外周部および両端部で捕捉される。したがっ
て、例えば透過水等による逆流洗浄で汚染物質を均一に
除去することが可能となる。その結果、長期間にわたっ
て前処理水の水質を維持することができる。

【００１２】また、上記の第１の膜エレメントの構造に
よれば、全量濾過により膜エレメントと圧力容器との間
の空隙部にデッドスペースが形成されないので、膜エレ
メントと圧力容器との間の空隙部において流体の滞留が
生じない、したがって、有機物を含有する流体の前処理
を行った場合でも、微生物等の雑菌の繁殖、有機物の分
解による悪臭の発生、分離膜の分解等の問題が起こら
ず、高い信頼性が得られる。

【００１３】さらに、第１の膜エレメントの外周部側お
よび両端部から原液が供給され、膜エレメントに全方向
から圧力が加わり、軸方向に変位を起こさせるような圧
力が加わらないので、有孔中空管に巻回された封筒状膜
が竹の子状に変形することがない。それにより、パッキ
ンホルダが不要となり、外装材も不要であるので、第１
の膜エレメントの部品コストおよび製造コストが低減さ
れる。また、全量濾過が行われるので、原液を供給する
ポンプに大きなものを用いることなく、高い回収率が得
られる。これらの結果、前処理のコストが低減される。

【００１４】第２の発明に係る処理システムは、有孔中
空管の外周面に独立または連続した複数の封筒状膜を原
液流路材を介して巻回し、かつ一端部を封止してなる第
１の膜エレメントが前段に設けられ、有孔中空管の外周
面に１０ｋｇｆ／ｃｍ² よりも低い操作圧力で運転可能
な封筒状の複合逆浸透膜を原液流路材とともに巻回して
なる第２の膜エレメントが後段に設けられ、第１の膜エ
レメントの外周部側および両端部側から原液が供給さ
れ、有孔中空管の少なくとも一方の開口端から透過液が
導出され、導出された透過液が第２の膜エレメントに供
給されるものである。

【００１５】本発明に係る処理システムにおいては、前
段の第１の膜エレメントの外周面および一端面が外装材
で被覆されずに開放状態にされているため、原液を膜エ
レメントの外周部側および一端部側から供給し、全量濾
過を行うことができる。これにより、第１の膜エレメン
トにより原液が前処理され、前処理された原液が第２の
膜エレメントに供給される。

【００１６】また、後段の第２の膜エレメントが１０ｋ
ｇｆ／ｃｍ² よりも低い操作圧力で運転可能な封筒状の
複合逆浸透膜を有するので、低い操作圧力で高い透過流
束が得られる。

【００１７】これらの結果、第２の膜エレメントを高負
荷運転した場合に長期間にわたって高い透過流束を維持
することが可能となる。したがって、第２の膜エレメン
トの本数を減らしてシステムコストを低減することがで
きる。

【００１８】また、原液が第１の膜エレメントの外周部
側および一端部側から供給されるので、汚染物質が膜エ
レメントの外周部および一端部で捕捉される。したがっ
て、例えば透過水等による逆流洗浄で汚染物質を均一に
除去することが可能となる。その結果、長期間にわたっ
て前処理水の水質を維持することができる。

【００１９】特に、第１の膜エレメントでは、封止され
た端部側に原液を供給するスペースが不要となるので、
膜エレメントを収納する圧力容器を小型化することがで
きる。また、圧力容器の原液入口の側に膜エレメントの
封止された端部を配置することにより、原液導入時に原
液の動圧により膜エレメントの端面に汚れが付着するこ
とを防止することができる。

【００２０】また、上記の第１の膜エレメントの構造に
おいても、全量濾過により膜エレメントと圧力容器との
間の空隙部にデッドスペースが形成されないので、微生
物等の雑菌の繁殖、有機物の分解による悪臭の発生、分
離膜の分解等の問題が起こらず、高い信頼性が得られ
る。

【００２１】さらに、第１の膜エレメントの全方向から
圧力が加わり、軸方向に変位を起こさせるような圧力が
加わらないので、有孔中空管に巻回された封筒状膜が竹
の子状に変形することがない。それにより、パッキンホ
ルダが不要となり、外装材も不要であるので、第１の膜
エレメントの部品コストおよび製造コストが低減され
る。また、全量濾過が行われるので、原液を供給するポ
ンプに大きなものを用いることなく、高い回収率が得ら
れる。これらの結果、前処理のコストが低減される。

【００２２】第３の発明に係る処理システムは、有孔中
空管の外周面に独立または連続した複数の封筒状膜を原
液流路材を介して巻回し、かつ両端部を封止してなる第
１の膜エレメントが前段に設けられ、有孔中空管の外周
面に１０ｋｇｆ／ｃｍ² よりも低い操作圧力で運転可能
な封筒状の複合逆浸透膜を原液流路材とともに巻回して
なる第２の膜エレメントが後段に設けられ、第１の膜エ
レメントの外周部側から原液が供給され、有孔中空管の
少なくとも一方の開口端から透過液が導出され、導出さ
れた透過液が第２の膜エレメントに供給されるものであ
る。

【００２３】本発明に係る処理システムにおいては、前
段の第１の膜エレメントの外周面が外装材で被覆されず
に開放状態にされているため、原液を膜エレメントの外
周部側から供給し、全量濾過を行うことができる。これ
により、第１の膜エレメントにより原液が前処理され、
前処理された原液が第２の膜エレメントに供給される。

【００２４】また、後段の第２の膜エレメントが１０ｋ
ｇｆ／ｃｍ² よりも低い操作圧力で運転可能な封筒状の
複合逆浸透膜を有するので、低い操作圧力で高い透過流
束が得られる。

【００２５】これらの結果、第２の膜エレメントを高負
荷運転した場合に長期間にわたって高い透過流束を維持
することが可能となる。したがって、第２の膜エレメン
トの本数を減らしてシステムコストを低減することがで
きる。

【００２６】また、原液が第１の膜エレメントの外周部
側から供給されるので、汚染物質が膜エレメントの外周
部で捕捉される。したがって、例えば透過水等による逆
流洗浄で汚染物質を均一に除去することが可能となる。
その結果、長期間にわたって前処理水の水質を維持する
ことができる。

【００２７】特に、第１の膜エレメントでは、封止され
た両端部側に原液を供給するスペースが不要となるの
で、膜エレメントを収納する圧力容器を小型化すること
ができる。また、圧力容器の原液入口の側に膜エレメン
トの封止された両端部の一方を配置することにより、原
液導入時に原液の動圧により膜エレメントの端面に汚れ
が付着することを防止することができる。

【００２８】また、上記の第１の膜エレメントの構造に
おいても、全量濾過により膜エレメントと圧力容器との
間の空隙部にデッドスペースが形成されないので、微生
物等の雑菌の繁殖、有機物の分解による悪臭の発生、分
離膜の分解等の問題が起こらず、高い信頼性が得られ
る。

【００２９】さらに、第１の膜エレメントの全方向から
圧力が加わり、軸方向に変位を起こさせるような圧力が
加わらないので、有孔中空管に巻回された封筒状膜が竹
の子状に変形することがない。それにより、パッキンホ
ルダが不要となり、外装材も不要であるので、第１の膜
エレメントの部品コストおよび製造コストが低減され
る。また、全量濾過が行われるので、原液を供給するポ
ンプに大きなものを用いることなく、高い回収率が得ら
れる。これらの結果、前処理のコストが低減される。

【００３０】特に、第１、第２または第３の発明に係る
処理システムにおいて、複合逆浸透膜が、２つ以上の反
応性のアミノ基を有する化合物と２つ以上の反応性の酸
ハライド基を有する多官能性酸ハロゲン化合物とからな
る負荷電性架橋ポリアミド系スキン層を微多孔性支持体
で支持し、そのポリアミド系スキン層の表面を正荷電性
基を有する有機重合体の架橋層で被覆してなり、ポリア
ミド系スキン層の比表面積が３以上であることが好まし
い。

【００３１】この場合、第２の膜エレメントでは、Ｎａ
Ｃｌ濃度５００ｐｐｍの水溶液を供給液として操作圧力
７．５ｋｇｆ／ｃｍ² で運転した場合に２５℃で透過流
束が０．８ｍ³ ／ｍ² ・日以上となり、ＮａＣｌ除去率
が９９％となる性能が得られる。

【００３２】それにより、第２の膜エレメントを１０ｋ
ｇｆ／ｃｍ² よりも低い操作圧力で運転した場合でも、
十分な透過流束が得られる。したがって、第２の膜エレ
メントの本数を減らして高負荷運転を行っても長期間に
わたって高い透過流束が維持される。

【００３３】また、第１、第２または第３の発明に係る
処理システムにおいて、複合逆浸透膜が、ＮａＣｌ濃度
５００ｐｐｍの水溶液を供給液として操作圧力７．５ｋ
ｇｆ／ｃｍ² で運転した場合に２５℃で透過流束が０．
８ｍ³ ／ｍ² ・日以上となり、ＮａＣｌ除去率が９９％
となる性能を有することが好ましい。

【００３４】これにより、第２の膜エレメントの本数を
減らして高負荷運転を行っても長期間にわたって高い透
過流束が維持される。

【００３５】第４の発明に係る処理方法は、有孔中空管
の外周面に独立または連続した複数の封筒状膜を原液流
路材を介して巻回してなる第１の膜エレメントを前段に
設け、有孔中空管の外周面に１０ｋｇｆ／ｃｍ² よりも
低い操作圧力で運転可能な封筒状の複合逆浸透膜を原液
流路材とともに巻回してなる第２の膜エレメントを後段
に設け、第１の膜エレメントの少なくとも外周部側から
原液を供給し、有孔中空管の少なくとも一方の開口端か
ら透過液を取り出し、取り出された透過液を第２の膜エ
レメントに供給するものである。

【００３６】本発明に係る処理方法においては、前段の
第１の膜エレメントの少なくとも外周面が外装材で被覆
されずに開放状態にされているため、原液を膜エレメン
トの少なくとも外周部側から供給し、全量濾過を行うこ
とができる。これにより、第１の膜エレメントにより原
液が前処理され、前処理された原液が第２の膜エレメン
トに供給される。

【００３７】また、後段の第２の膜エレメントが１０ｋ
ｇｆ／ｃｍ² よりも低い操作圧力で運転可能な封筒状の
複合逆浸透膜を有するので、低い操作圧力で高い透過流
束が得られる。

【００３８】これらの結果、第２の膜エレメントを高負
荷運転した場合に長期間にわたって高い透過流束を維持
することが可能となる。したがって、第２の膜エレメン
トの本数を減らしてシステムコストを低減することがで
きる。

【００３９】また、原液が第１の膜エレメントの少なく
とも外周部側から供給されるので、汚染物質が膜エレメ
ントの少なくとも外周部で捕捉される。したがって、例
えば透過水等による逆流洗浄で汚染物質を均一に除去す
ることが可能となる。その結果、長期間にわたって前処
理水の水質を維持することができる。

【００４０】また、上述のような濾過形態のために第１
の膜エレメントの外周部にデッドスペースが形成されな
いので、微生物等の雑菌の繁殖、有機物の分解による悪
臭の発生、分離膜の分解等の問題が起こらず、高い信頼
性が得られる。

【００４１】さらに、第１の膜エレメントに全方向から
圧力が加わるので、膜エレメントの変形の問題が生じ
ず、パッキンホルダおよび外装材が不要となるので、第
１の膜エレメントの部品コストおよび製造コストが低減
される。また、全量濾過が行われるので、原液を供給す
るポンプに大きなものを用いることなく、高い回収率が
得られる。これらの結果、前処理のコストが低減され
る。

【００４２】特に、第４の発明に係る処理方法におい
て、複合逆浸透膜が、２つ以上の反応性のアミノ基を有
する化合物と２つ以上の反応性の酸ハライド基を有する
多官能性酸ハロゲン化合物とからなる負荷電性架橋ポリ
アミド系スキン層を微多孔性支持体で支持し、そのポリ
アミド系スキン層の表面を正荷電性基を有する有機重合
体の架橋層で被覆してなり、ポリアミド系スキン層の比
表面積が３以上であることが好ましい。

【００４３】この場合、第２の膜エレメントでは、Ｎａ
Ｃｌ濃度５００ｐｐｍの水溶液を供給液として操作圧力
７．５ｋｇｆ／ｃｍ² で運転した場合に２５℃で透過流
束が０．８ｍ³ ／ｍ² ・日以上となり、ＮａＣｌ除去率
が９９％となる性能が得られる。

【００４４】それにより、第２の膜エレメントを１０ｋ
ｇｆ／ｃｍ² よりも低い操作圧力で運転した場合でも、
十分な透過流束が得られる。したがって、第２の膜エレ
メントの本数を減らして高負荷運転を行っても長期間に
わたって高い透過流束が維持される。

【００４５】また、第４の発明に係る処理方法におい
て、複合逆浸透膜が、ＮａＣｌ濃度５００ｐｐｍの水溶
液を供給液として操作圧力７．５ｋｇｆ／ｃｍ² で運転
した場合に２５℃で透過流束が０．８ｍ³ ／ｍ² ・日以
上となり、ＮａＣｌ除去率が９９％となる性能を有する
ことが好ましい。

【００４６】これにより、第２の膜エレメントの本数を
減らして高負荷運転を行っても長期間にわたって高い透
過流束が維持される。

【００４７】

【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施例における
水処理システムを示す図である。

【００４８】図１の水処理システムは、スパイラル型膜
エレメント１を用いた前処理システム１００および逆浸
透膜スパイラル型膜エレメント１０１を用いた逆浸透膜
分離システム１１０からなる。

【００４９】河川水等の原水１２０は、凝集・沈殿・砂
濾過法により処理された後、その処理水はポンプ１２５
により、配管１２１を通じてスパイラル型膜エレメント
１に供給される。スパイラル型膜エレメント１は、全量
濾過により透過水１２２を導出する。スパイラル型膜エ
レメント１により得られた透過水１２２は、前処理水と
して逆浸透膜スパイラル型膜エレメント１０１に供給さ
れる。

【００５０】逆浸透膜スパイラル型膜エレメント１０１
は、供給された前処理水を処理水（透過水）１２３およ
び濃縮水１２４に分離する。

【００５１】図２は図１の前処理システム１００に用い
られるスパイラル型膜エレメント１の一部切欠き斜視図
である。また、図３は図２のスパイラル型膜エレメント
１の封筒状膜の一例を示す横断面図であり、図４は図２
のスパイラル型膜エレメント１の封筒状膜の他の例を示
す横断面図である。

【００５２】図２に示すスパイラル型膜エレメント１
は、有孔中空管からなる集水管２の外周面にそれぞれ独
立した複数の封筒状膜３または連続した複数の封筒状膜
３を巻回することにより構成されるスパイラル状膜要素
１ａを含む。封筒状膜３の間には、封筒状膜３どうしが
密着して膜面積が狭くなることを防止するため、および
原水の流路を形成するために原水スペーサ（原液流路
材）４が挿入されている。また、スパイラル状膜要素１
ａの外周面は、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリス
チレン等のプラスチック、金属、ゴムまたは繊維等によ
り形成されるネットからなる外周部流路材５で覆われて
いる。

【００５３】図３および図４に示すように、封筒状膜３
は、透過水スペーサ（透過液流路材）６の両面に２枚の
分離膜７を重ね合わせて３辺を接着することにより形成
され、その封筒状膜３の開口部が集水管２の外周面に取
り付けられている。分離膜７としては、１０ｋｇｆ／ｃ
ｍ² 以下で運転される低圧逆浸透膜、限外濾過膜、精密
濾過膜等が用いられる。

【００５４】図３の例では、複数の封筒状膜３がそれぞ
れ独立した分離膜７により形成される。図４の例では、
複数の封筒状膜３が連続した分離膜７を折り畳むことに
より形成される。

【００５５】原水スペーサ４の厚みが０．５ｍｍよりも
大きいと、原水中の汚染物質を膜エレメント１の少なく
とも外周部で捕捉しにくくなる。一方、原水スペーサ４
の厚みが０．１ｍｍよりも小さいと、封筒状膜３どうし
が接触しやすくなり、膜面積が小さくなる。したがっ
て、原水スペーサ４の厚みは０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ
以下であることが好ましい。

【００５６】また、外周部流路材５の厚みが３０ｍｍよ
りも大きいと、膜エレメント１を収納する圧力容器に対
する膜エレメント１の容積効率が小さくなる。一方、外
周部流路材５の厚みが０．６ｍｍよりも小さいと、透過
水の逆流洗浄時に膜エレメント１の少なくとも外周部に
付着した汚染物質を系外に排出しにくくなる。したがっ
て、外周部流路材５の厚みは０．６ｍｍ以上３０ｍｍ以
下であることが好ましい。

【００５７】図５は図２のスパイラル型膜エレメント１
の運転方法の一例を示す断面図である。図５に示すよう
に、圧力容器（耐圧容器）１０は、筒形ケース１１およ
び１対の端板１２ａ，１２ｂにより構成される。一方の
端板１２ａには原水入口１３が形成され、他方の端板１
２ｂには原水出口１５が形成されている。また、他方の
端板１２ｂの中央部には透過水出口１４が設けられてい
る。

【００５８】スパイラル型膜エレメント１が筒型ケース
１１内に収納され、筒状ケース１１の両方の開口端がそ
れぞれ端板１２ａ，１２ｂで封止される。集水管２の一
方の端部は端板１２ｂの透過水出口１４に嵌合され、他
方の端部にはエンドキャップ１６が装着される。端板１
２ｂの原水出口１５には、配管１７およびバルブ１８が
接続される。

【００５９】スパイラル型膜エレメント１の運転時に
は、原水５１を圧力容器１０の原水入口１３から圧力容
器１０の内部に導入する。原水５１は、スパイラル型膜
エレメント１の少なくとも外周部側から原水スペーサ４
に沿って封筒状膜３間に浸入する。図５の例では、原水
５１がスパイラル型膜エレメント１の外周部側および両
端部側から封筒状膜３間に浸入する。分離膜７を透過し
た透過水が透過水スペーサ６に沿って集水管２の内部に
流れ込む。それにより、圧力容器１０の透過水出口１４
から透過水５２が取り出される。このようにして、全量
濾過が行われる。

【００６０】この場合、濁質物質等の汚染物質は膜エレ
メント１の少なくとも外周部（図５の例では外周部およ
び両端部）で捕捉されるほど原水スペーサ４の厚さが薄
いため、膜エレメント１の少なくとも外周部に汚染物質
によるケーク層が形成される。膜エレメント１の少なく
とも外周部ではケーク層によるケーク濾過が行われ、膜
エレメント１の内部では分離膜７による膜濾過が行われ
る。

【００６１】なお、バルブ１８を開いて原水出口１５か
ら一部原水を取り出してもよい。この場合、膜エレメン
ト１の外周部で原水の流れを形成することができる。そ
れにより、原水中の汚染物質の沈降を抑制しつつ汚染物
質の一部を圧力容器１０の外部に排出することができ
る。

【００６２】一定時間濾過を行った後、透過側から透過
水による逆流洗浄を行う。逆流洗浄時は、集水管２から
逆濾過された透過水が原水スペーサ４に沿って少なくと
も外周部に向かって流れる。それにより、膜エレメント
１の少なくとも外周部に捕捉された汚染物質が容易に剥
離する。このとき、原水入口１３から原水を供給しつつ
バルブ１８を開放すると、剥離した汚染物質が系外に排
出される。その結果、透過流束が逆流洗浄前と比較して
格段に回復する。

【００６３】図１の前処理システム１００のスパイラル
型膜エレメント１では、全量濾過により原水１２１の前
処理が行われる。したがって、逆浸透膜分離システム１
１０の逆浸透膜スパイラル型膜エレメント１０１には前
処理された原水（前処理水）が供給される。

【００６４】また、上記のスパイラル型膜エレメント１
においては、前述のような濾過形態により膜エレメント
１と圧力容器１０との間の空隙部にデッドスペースが形
成されないので、微生物等の雑菌の繁殖、有機物の分解
による悪臭の発生、分離膜の分解等の問題が発生せず、
高い信頼性が得られる。これにより、逆浸透膜分離シス
テム１１０に供給する前処理水の水質を長期間にわたっ
て維持することが可能となる。

【００６５】また、膜エレメント１に全方向から圧力が
加わるので、膜エレメント１の変形の問題が生じず、パ
ッキンホルダおよび外装材が不要となる。それにより、
部品コストおよび製造コストが低減される。また、全量
濾過により高回収率で運転が行われるので、原水を供給
するポンプに大きなものを用いる必要がない。この結
果、前処理システム１００のコストが低減される。

【００６６】図６は図１の前処理システム１００に用い
られるスパイラル型膜エレメントの他の例を示す正面図
である。図６では、外周部流路材の図示が省略されてい
る。

【００６７】図６（ａ）のスパイラル型膜エレメント１
においては、スパイラル状膜要素１ａの両端部が樹脂層
１９で封止されている。図６（ｂ）のスパイラル型膜エ
レメント１においては、スパイラル状膜要素１ａの一端
部が樹脂層１９で封止されている。

【００６８】図６（ａ），（ｂ）のスパイラル型膜エレ
メント１では、製造時の作業工程が増加するが、膜エレ
メント１の両端部または一端部に原水を供給するスペー
スが不要となる。したがって、圧力容器を小型化するこ
とができ、圧力容器内に膜エレメント１を収納してなる
スパイラル型膜モジュールを小型化することができる。

【００６９】また、膜エレメント１の樹脂層１９で封止
された端部を圧力容器の原水入口の側に配置することに
より、原水導入時に原水の動圧により膜エレメント１の
端面に汚れが付着することを防止することができる。

【００７０】図７は図１の逆浸透膜分離システム１１０
に用いられる逆浸透膜スパイラル型膜エレメント１０１
の一部切欠き斜視図である。

【００７１】図７に示す逆浸透膜スパイラル型膜エレメ
ント１０１は、透過水スペーサ２５の両面に逆浸透膜２
６を重ね合わせて３辺を接着することにより封筒状膜
（袋状膜）２３を形成し、その封筒状膜２３の開口部を
有孔中空管からなる集水管２２に取り付け、ネット状
（網状）の原水スペーサ（原液流路材）２４とともに集
水管２２の外周面にスパイラル状に巻回することにより
構成される。

【００７２】図７に示すように、原水５１は逆浸透膜ス
パイラル型膜エレメント１０１の一方の端面側から供給
される。この原水５１は原水スペーサ２４に沿って流
れ、逆浸透膜スパイラル型膜エレメント１０１の他方の
端面側から濃縮水５３として排出される。このように、
原水スペーサ２４により原水流路が形成される。原水５
１が原水スペーサ２４に沿って流れる過程で逆浸透膜２
６を透過した透過水５２が透過水スペーサ２５に沿って
集水管２２の内部に流れ込み、集水管２２の端部から排
出される。

【００７３】封筒状膜２３を構成する逆浸透膜２６とし
ては、２つ以上の反応性のアミノ基を有する化合物と２
つ以上の反応性の酸ハライド基を有する多官能性酸ハロ
ゲン化合物とからなる負荷電性架橋ポリアミド系スキン
層およびこれを支持する微多孔性支持体からなり、ポリ
アミド系スキン層の比表面積が３以上で、かつポリアミ
ド系スキン層の表面を正荷電性基を有する有機重合体の
架橋層で被覆してなる複合逆浸透膜を用いる。

【００７４】複合逆浸透膜の表面におけるポリアミド系
スキン層の比表面積は次式で定義される。

【００７５】スキン層の比表面積＝（スキン層の表面
積）／（微多孔性支持体の表面積） ここで、スキン層の表面積は、微多孔性支持体と接触し
ている面と反対側の面、すなわち、供給液と接触する側
の面の表面積である。また、微多孔性支持体の表面積
は、スキン層と接触している面の表面積である。

【００７６】これらの表面積および比表面積は、一般に
表面粗さを求める手法を用いて求めることができ、例え
ば、表面積測定装置、比表面積測定装置、走査型電子顕
微鏡（ＳＥＭまたはＦＥ−ＳＥＭ）、透過型電子顕微鏡
（ＴＥＭ）等を用いて測定することができる。なお、表
面積および比表面積の測定手法はこれらに限定されるも
のではない。

【００７７】逆浸透膜スパイラル型膜エレメント１０１
において用いられる逆浸透膜２６は、ＮａＣｌ濃度５０
０ｐｐｍの水溶液を供給液として操作圧力７．５ｋｇｆ
／ｃｍ² で運転した場合に２５℃における透過流束が
０．８ｍ³ ／ｍ² ・日以上となり、ＮａＣｌ除去率が９
９％以上となる基本性能を有する。これにより、逆浸透
膜２６では、従来の逆浸透膜に比べて、同じＮａＣｌ除
去率を保持しながら操作圧力が半分以下となる。すなわ
ち、逆浸透膜２６を従来の逆浸透膜と同様の操作圧力で
運転した場合には、２倍以上の透過流束が得られる。

【００７８】逆浸透膜２６の製造方法の一例を以下に示
す。なお、微多孔性支持体としては、ポリスルホン系限
外濾過膜を用いる。

【００７９】３．０重量％のｍ−フェニレンジアミン、
０．１５重量％のラウリル硫酸ナトリウム、３．０重量
％のトリエチルアミン、６．０重量％のカンファースル
ホン酸および５重量％のイソプロピルアルコールを含有
した水溶液を、多孔性ポリスルホン支持膜に数秒間接触
させて、余分の溶液を除去して支持膜上に前記溶液の層
を形成する。

【００８０】次いで、この支持膜の表面に、０．２０重
量％のトリメシン酸クロライドおよび０．０５重量％の
イソプロピルアルコールを含むＩＰ１０１６（出光化学
株式会社製イソパラフィン系炭化水素油）溶液を接触さ
せ、その後１２０℃の熱風乾燥機の中で３分間保持し
て、支持膜上に重合体薄膜を形成させ、複合逆浸透膜を
得る。

【００８１】図８は図１の実施例および比較例の水処理
システムにおける透過流束の経時変化を示す図である。
比較例の水処理システムは、図１の水処理システムにお
いて前処理システム１００の代わりに図９の前処理シス
テム２００を用いたものである。

【００８２】図８において、Ｌ１は、実施例の水処理シ
ステムにおいて逆浸透膜スパイラル型膜エレメント１０
１を通常の３倍の透過水量が得られるように高負荷運転
した場合の透過流束を示し、Ｌ２は、比較例の水処理シ
ステムにおいて逆浸透膜スパイラル型膜エレメント１０
１を通常の３倍の透過水量が得られるように高負荷運転
した場合の透過流束を示す。また、Ｌ３は、実施例の水
処理システムにおいて逆浸透膜スパイラル型膜エレメン
ト１０１を通常運転した場合の透過流束を示し、Ｌ４
は、比較例の水処理システムにおいて逆浸透膜スパイラ
ル型膜エレメント１０１を通常運転した場合の透過流束
を示す。図８においては、通常運転時の透過流束を１と
している。

【００８３】図８からわかるように、実施例の水処理シ
ステムでは、逆浸透膜スパイラル型膜エレメント１０１
を高負荷運転しても、長期間にわたって高い透過流束を
維持することができる。したがって、逆浸透膜スパイラ
ル型膜エレメント１０１の本数を減らして高負荷運転を
行うことにより、水処理システムのコストを低減するこ
とが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における水処理システムを示
す図である。

【図２】図１の前処理システムに用いられるスパイラル
型膜エレメントの一部切欠き斜視図である。

【図３】図２のスパイラル型膜エレメントの封筒状膜の
一例を示す横断面図である。

【図４】図２のスパイラル型膜エレメントの封筒状膜の
他の例を示す横断面図である。

【図５】図２のスパイラル型膜エレメントの運転方法の
一例を示す断面図である。

【図６】図１の前処理システムに用いられるスパイラル
型膜エレメントの他の例を示す正面図である。

【図７】図１の逆浸透膜分離システムに用いられる逆浸
透膜スパイラル型膜エレメントの一部切欠き斜視図であ
る。

【図８】実施例および比較例の水処理システムにおける
逆浸透膜スパイラル型膜エレメントの透過流束の経時変
化を示す図である。

【図９】従来の水処理システムの一例を示す図である。

【符号の説明】

１ スパイラル型膜エレメント １ａ スパイラル状膜要素 ２ 集水管 ３ 封筒状膜 ４ 原水スペーサ ５ 外周部流路材 ６ 透過水スペーサ ７ 分離膜 １０ 圧力容器 １３ 原水入口 １４ 透過水出口 １００ 前処理システム １０１ 逆浸透膜エレメント １１０ 逆浸透膜分離システム

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 有孔中空管の外周面に独立または連続し
   た複数の封筒状膜を原液流路材を介して巻回してなる第
   １の膜エレメントが前段に設けられ、有孔中空管の外周
   面に１０ｋｇｆ／ｃｍ² よりも低い操作圧力で運転可能
   な封筒状の複合逆浸透膜を原液流路材とともに巻回して
   なる第２の膜エレメントが後段に設けられ、前記第１の
   膜エレメントの外周部側および両端部側から原液が供給
   され、前記有孔中空管の少なくとも一方の開口端から透
   過液が導出され、導出された透過液が前記第２の膜エレ
   メントに供給されることを特徴とする処理システム。
2. 【請求項２】 有孔中空管の外周面に独立または連続し
   た複数の封筒状膜を原液流路材を介して巻回し、かつ一
   端部を封止してなる第１の膜エレメントが前段に設けら
   れ、有孔中空管の外周面に１０ｋｇｆ／ｃｍ² よりも低
   い操作圧力で運転可能な封筒状の複合逆浸透膜を原液流
   路材とともに巻回してなる第２の膜エレメントが後段に
   設けられ、前記第１の膜エレメントの外周部側および他
   端部側から原液が供給され、前記有孔中空管の少なくと
   も一方の開口端から透過液が導出され、導出された透過
   液が前記第２の膜エレメントに供給されることを特徴と
   する処理システム。
3. 【請求項３】 有孔中空管の外周面に独立または連続し
   た複数の封筒状膜を原液流路材を介して巻回し、かつ両
   端部を封止してなる第１の膜エレメントが前段に設けら
   れ、有孔中空管の外周面に１０ｋｇｆ／ｃｍ² よりも低
   い操作圧力で運転可能な封筒状の複合逆浸透膜を原液流
   路材とともに巻回してなる第２の膜エレメントが後段に
   設けられ、前記第１の膜エレメントの外周部側から原液
   が供給され、前記有孔中空管の少なくも一方の開口端か
   ら透過液が導出され、導出された透過液が前記第２の膜
   エレメントに供給されることを特徴とする処理システ
   ム。
4. 【請求項４】 前記複合逆浸透膜は、２つ以上の反応性
   のアミノ基を有する化合物と２つ以上の反応性の酸ハラ
   イド基を有する多官能性酸ハロゲン化合物とからなる負
   荷電性架橋ポリアミド系スキン層を微多孔性支持体で支
   持し、前記ポリアミド系スキン層の表面を正荷電性基を
   有する有機重合体の架橋層で被覆してなり、前記ポリア
   ミド系スキン層の比表面積が３以上であることを特徴と
   する請求項１、２または３記載の処理システム。
5. 【請求項５】 前記複合逆浸透膜は、ＮａＣｌ濃度５０
   ０ｐｐｍの水溶液を供給液として操作圧力７．５ｋｇｆ
   ／ｃｍ² で運転した場合に２５℃で透過流束が０．８ｍ
   ³ ／ｍ² ・日以上およびＮａＣｌ除去率が９９％以上と
   なる性能を有することを特徴とする請求項１〜４のいず
   れかに記載の処理システム。
6. 【請求項６】 有孔中空管の外周面に独立または連続し
   た複数の封筒状膜を原液流路材を介して巻回してなる第
   １の膜エレメントを前段に設け、有孔中空管の外周面に
   １０ｋｇｆ／ｃｍ² よりも低い操作圧力で運転可能な封
   筒状の複合逆浸透膜を原液流路材とともに巻回してなる
   第２の膜エレメントを後段に設け、前記第１の膜エレメ
   ントの少なくとも外周部側から原液を供給し、前記有孔
   中空管の少なくとも一方の開口端から透過液を取り出
   し、取り出された透過液を前記第２の膜エレメントに供
   給することを特徴とする処理方法。
7. 【請求項７】 前記複合逆浸透膜は、２つ以上の反応性
   のアミノ基を有する化合物と２つ以上の反応性の酸ハラ
   イド基を有する多官能性酸ハロゲン化合物とからなる負
   荷電性架橋ポリアミド系スキン層を微多孔性支持体で支
   持し、前記ポリアミド系スキン層の表面を正荷電性基を
   有する有機重合体の架橋層で被覆してなり、前記ポリア
   ミド系スキン層の比表面積が３以上であることを特徴と
   する請求項６記載の処理方法。
8. 【請求項８】 前記複合逆浸透膜は、ＮａＣｌ濃度５０
   ０ｐｐｍの水溶液を供給液として操作圧力７．５ｋｇｆ
   ／ｃｍ² で運転した場合に２５℃で透過流束が０．８ｍ
   ³ ／ｍ² ・日以上およびＮａＣｌ除去率が９９％以上と
   なる性能を有することを特徴とする請求項６また７記載
   の処理方法。